Леонард Сасскинд — Что такое бозон Хиггса? [Стэнфорд]

• Леонардо Саскеда приветствует зрителей на лекции в Стэнфорде.  

• Он не будет обсуждать, почему бозон Хиггса важен, так как это уже сделано в популярных статьях.  

• Цель лекции - объяснить основы физики Хиггса за один час.  

• Саскеда упоминает, что его друг Франсуа Англер открыл бозон Хиггса.  

• Лекция разделена на несколько модулей для удобства.  

• Механизм Хиггса основан на квантовой механике.  

• Мир состоит из квантов, которые существуют в виде дискретных целых величин.  

• Пример: момент импульса квантуется в целых единицах.  

• Поле - это нечто в пространстве, характеризующее его свойства.  

• Вакуум - это низшее энергетическое состояние в квантовой механике.  

• Поля в вакууме могут быть равны нулю, но это не обязательно.  

• Пример: мир, заполненный электрическим полем, несмотря на отсутствие видимых источников.  

• Момент импульса квантуется только целыми единицами.  

• Принцип неопределенности играет важную роль в квантовой механике.  

• Поля заполняют пространство и влияют на движение объектов.  

• Поле требует энергии, и энергия поля зависит от его величины.  

• Колебания поля - это частицы.  

• Пример: график энергии поля как функция его величины.  

• Симметрия графика энергии поля важна для понимания его поведения.  

• Поле в точке минимальной энергии находится на дне графика.  

• Колебания поля можно представить как движение шарика в шляпе.  

• Перевернутая шляпа с максимумом энергии на вершине - это мексиканская шляпа.  

• В такой системе поле будет колебаться вокруг максимума энергии.  

• Это приводит к конденсату заряда в пространстве.  

• Конденсат заряда - это спонтанное нарушение симметрии.  

• Поле должно быть в покое для минимальной энергии.  

• Проблема в том, что принцип неопределенности мешает точно определить положение поля.  

• Принцип неопределенности гласит, что неопределенность координат и импульса объекта больше или равна постоянной Планка.  

• Ничто не может стоять на месте и иметь нулевой импульс одновременно.  

• Вакуум не может быть без заряда, так как точное знание положения объекта требует неопределенности заряда.  

• Вакуум содержит неопределенное количество заряда, что является квантовым эффектом.  

• Заряд в небольшом объеме пространства может быть любым, от минус бесконечности до плюс бесконечности.  

• Добавление или удаление заряда не меняет неопределенность заряда.  

• Частицы обладают массой, которая может быть любой от нуля до планковской массы.  

• Элементарные частицы не могут быть тяжелее планковской массы, иначе они стали бы черными дырами.  

• Самые тяжелые известные частицы имеют массу около 10^-17 массы Планка.  

• Фермионы включают электроны, нейтрино и кварки, которые образуют материю.  

• Бозоны включают фотоны, глюоны, W-бозоны и Z-бозоны, которые поддерживают различные взаимодействия.  

• Все частицы стандартной модели должны иметь нулевую массу, но бозон Хиггса придает им массу.  

• Фермионы могут испускать бозоны, например, электроны могут испускать фотоны.  

• Кварки могут испускать глюоны, связывающие их внутри протонов и нейтронов.  

• Электроны, нейтрино и кварки могут испускать Z-бозоны, не изменяя заряд частицы.  

• Поле может влиять на массу частицы, как показано на примере молекулы воды.  

• Молекула воды имеет одинаковую массу в любом положении благодаря пространственной симметрии.  

• В электрическом поле энергия молекулы воды зависит от направления поля, что влияет на ее массу.  

• Молекулы воды и виски имеют разные энергии и массы.  

• Поле влияет на массу молекул, увеличивая одну и уменьшая другую.  

• Поле не замедляет частицы, как патока, а позволяет им свободно двигаться.  

• Электрическое поле можно представить как конденсат фотонов.  

• Фотоны поляризованы и заполняют пространство, создавая конденсат.  

• Молекула воды в электрическом поле поглощает и испускает фотоны, что влияет на её энергию.  

• Частицы могут иметь массу без связи с полем Хиггса.  

• Пример: коробка с высокоэнергетическими частицами, которая ведет себя как имеющая массу.  

• Протоны и черные дыры также имеют массу, не связанную с полем Хиггса.  

• Электрон имеет спин, который может менять направление.  

• Масса электрона связана с частотой изменения спина.  

• Электрон испускает Z-бозон, который меняет его спин.  

• Бозон Зигса связан с конденсатом и имеет зилч.  

• Электрон меняет спин, выпуская и поглощая бозоны Зигса.  

• Это позволяет электронам и другим частицам получить массу через спонтанное нарушение симметрии.  

• Z-бозон может поглощать зилч из конденсата и приобретать массу.  

• Это явление называется механизмом Браута-Англера-Хиггса.  

• Если бы фотоны имели массу, они были бы вредны для жизни.  

• Частицу Зигса открыли в 1980-х годах.  

• Она является частью зет-бозона, который был предсказан в 1967 году.  

• Экспериментальное подтверждение существования частицы Зигса было сделано в Стэнфорде.  

• Бозон Хиггса связан с конденсатом и его колебаниями.  

• Аналогия с звуковой волной: конденсат сжимается и разжимается, создавая колебания.  

• Бозон Хиггса похож на волну сжатия в конденсате.  

• Бозон Хиггса важен для физики, так как он создает частицы.  

• Он может создавать электрон и позитрон, а также пары кварков и другие фермионы.  

• Бозон Хиггса распадается на пары частиц, что делает его важным для понимания физики.  

• Бозон Хиггса тяжелый, и его сложно получить при столкновении легких частиц.  

• Легкие частицы, такие как электроны и кварки, не подходят для создания бозона Хиггса.  

• Тяжелые частицы, такие как тэкварки, более эффективны для создания бозона Хиггса.  

• Тэкварки можно создать с помощью глюонов, которые связывают кварки.  

• Глюоны с высокой энергией могут создать пару тэкварков, которые затем создают бозон Хиггса.  

• Этот процесс был обнаружен на БАКе, что подтвердило существование бозона Хиггса.  

• Бозон Хиггса вписывается в стандартную модель, но есть нестыковки.  

• Бозон Хиггса может распадаться на фотоны, что вызывает вопросы.  

• Если распад на фотоны происходит быстрее, чем предсказывает стандартная модель, это может указывать на существование новых частиц.  

• Разные фермионы имеют разные частоты колебаний, что связано с их массами.  

• Константа взаимодействия частиц с полем хикса определяет их чистоту и массу.  

• Каждая частица, будь то электрон или мю, имеет свою константу, которая влияет на её распад.  

• Вакуумное ожидаемое значение поля хикса составляет 240 гигаэлектронвольт.  

• Это значение можно рассматривать как плотность конденсата или смещение поля.  

• Колебания величины поля эквивалентны флуктуациям плотности.  

• Энергия вакуума не объясняется только колебаниями поля.  

• Существует множество потенциальных причин, которые почти все друг друга отменяют.  

• Это одна из величайших загадок физики.  

• Вопрос о энергии вакуума остаётся без ответа.  

• Автор надеется, что лекция была полезной, несмотря на сложность подготовки.  

• Некоторые слушатели могут уяснить что-то, другие — запутаться ещё больше.